SISTEMA INTEGRADO PARA O CONTROLE DE PCHs - COACH JOSE LUIZ BOZZETTO,FLAVIO C. BIANCHI BCM ENGENHARIA

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1 SISTEMA INTEGRADO PARA O CONTROLE DE PCHs - COACH JOSE LUIZ BOZZETTO,FLAVIO C. BIANCHI BCM ENGENHARIA

2 Este trabalho descreve em linhas gerais o sistema integrado para o controle, automação e integração à rede de consumo para pequenas centrais hidrelétricas - Sistema COACH - Controle Automático de Centrais Hidrelétricas, desenvolvido pela BCM, exemplificando com a descrição do modelo COACH 2M para PCHs de até 2 MW.

3 Sistema de Supervisão e Controle de PCH (hardware e software ) viabiliza a execução de todas as principais operações de Centrais Hidrelétricas de modo manual ou automático permite o controle e supervisao de usinas com até três Geradores Cada Unidade Geradora pode ser controlada e monitorada de forma individual. monitora e informa todas as situações de alarme, tomando atitudes pré-determinadas ou somente informando ao operador da Usina. monitorizacao e controle dos Serviços Auxiliares CA e CC, sistema de ar comprimido, de água para resfriamento, etc...

4 Objetivos básicos do sistema integrado Viabilização da operação desassistida Redução dos custos para automação das funcionalidades Aumento da segurança de operação e manutenção Integração do sistema de controle a centros de operação do sistema elétrico Aumento da performance das Usinas pela otimização dos processos Execução de todas as principais operações de Centrais Hidrelétricas de modo manual ou automático Monitorização e informações sobre situações de alarme, Monitorizacao e controle dos Serviços Auxiliares CA e CC, sistema de ar comprimido, de água para resfriamento, etc...

5 ARQUITETURA BÁSICA DE UM SISTEMA DE AUTOMAÇÃO WEB COS - CENTRO DE CONTROLE REDES DE COMUNICAÇÃO TOMADA DE ÁGUA IHMs UACS - PROTEÇÕES E REGULAÇÕES RCOM reservatório SENSORES E ATUADORES turbina e gerador

6 ARQUITETURA GERAL Transmissãoo hot standby dual system COS - centro de operação redundant communication path UACs - PROTEÇÕES E REGULADORES subestação

7 automação - passos GERADOR PARADO PROCESSO DE PARTIDA USINA EM REGIME MONITORANDO VARIAVEIS CONTROLANDO PARTIR = CONDIÇÕES OK SEQUENCIAMENTO AUTOMÁTICO SINCRONIZADA MONITORANDO VARIAVEIS CONTROLANDO PROCESSADOR GERAL DO SISTEMA Lógicas de controle monitorizações históricos parametrizações alarmes integrações contingenciamento PARADA - SITUAÇÃO PROCESSOS DE PARADA ELETRO MECANICA HIDRÁULICA SEQUENCIAMENTO AUTOMÁTICO ELETRO-ELETRÔNICA

8 Diagrama dos processos de uma PCH Gerador parado Sistema de Automação - Módulos CGS RAV/RAT Proteção Partida Regime Operação isolada Regime Operação interligada Parada normal Parada com rejeição de carga módulo tem responsabilidade sobre a transicão entre os estados

9 SISTEMAS ELETRÔNICOS DE UMA USINA SUPERVISÃO REGULAÇÃO AUTOMAÇÃO PROTEÇÃO VELOCIDADE TENSÃO SINCRONISMO GERADORES UTILIDADES SUBESTAÇÃO COS GERADORES TURBINAS UTILIDADES PATRIMONIAL

10 GERAL SUBESTACAO GERADORES SIST. AUXILIAR OPERACAO SISTEMA MAQ 1 MAQ 2 MECANICO ELETRICO INFORMACOES GERAL CONTROLE IDEM MAQ 1 DRENAGEM ESGOTAMENTO CA - GERAL EVENTOS USUARIOS TRANSFORMADOR REGULACAO AGUA RESFRIAMENTO CC - GERAL ALARMES CONTROLE OPERACAO HIDRAULICA AR COMPRIMIDO MEDICOES GRAFICOS QASCS GERADOR AR CONDICIONADO VENTILACAO FATURAMENTO GRAFICOS UNIDADE 1 COND.PARTIDA ANTI-INCENDIO GRAFICOS UNIDADE 2 SEQ.PARTIDA SEQ.PARADA PARADA EMERGENCIA MEDICOES

11 Principais funcões do sistema Fornecimento de informações gerais: Esta funcionalidade permite a visualização geral da Usina, com as principais informações e comandos agrupados.

12 Monitoração de grandezas elétricas (correntes,tensões,potências,etc)

13 Partida da Usina: Manual ou Automático Passo a passo monitorando as condições permitindo ou não o próximo passo informando se as operações são ou não válidas Parada da Usina: Manual ou Automático Passo a passo monitorando as condições permitindo ou não o próximo passo informando se as operações são ou não válidas

14 Sincronismo da Unidade: A Unidade pode ser sincronizada automaticamente, após a sequência de partida, ou através de comando do operador Seleção do modo de controle e parametrizacao dos valores de referência dos Reguladores de Tensão e de Velocidade:

15 Registro e apresentação de alarmes : Algumas transições de estado e medições são pré-seleciondas para indicar a situação de alarme. Registro e apresentação de eventos: Algumas transições de estado e medições são pré-seleciondas para indicar o registro de eventos com resolução de 1 ms.

16 Controle e supervisão do transformador: Apresenta as principais informações sobre o funcionamento do transformador. Permite comando de acionamento da ventilação forçada para o controle de temperatura. Unidade Hidráulica: Permite o controle das válvulas borboleta e by-pass e informa os valores de pressão e abertura do distribuidor, além de permitir o controle e um apresentar um horímetro das bombas do Regulador de Velocidade.

17 Monitoração do gerador: Apresenta informações sobre o gerador e turbina,como temperaturas de mancais, enrolamento e núcleo. Informa a aplicação do freio e o status das bombas dos mancais. Estas podem ser programadas para posição principal, reserva, manual ou automático. Monitoração do sistema de drenagem e esgotamento das unidades. Informa o nível de água do poço de drenagem e esgotamento e o estado das bombas.

18 Monitoração do sistema de água para resfriamento: Monitoração do sistema de ar-comprimido

19 Monitoração e comando do sistema de ar-condicionado das unidades Monitoração do sistema anti-incêndio: Indica que o sistema foi ativado, monitorando o fluxo de água entre a Central de Água e os "sprinklers".

20 Monitoração e controle de serviços auxiliares CA e gerador: Informações dos serviços auxiliares CA e gerador de emergência e comandos para seccionadoras e partida/parada do gerador de emergência. Monitoração e controle do sistema de serviços auxiliares CC: Monitoração e controle das cargas do serviço auxiliar CC e dos retificadores.

21 SISTEMA COACH - CONTROLE AUTOMÁTICO SUPERVISÃO NÍVEL 3 PROTEÇÃO AUTOMAÇÃO REGULAÇÃO NIVEL 1 E 2 SENSORES E ATUADORES NIVEL 0

22 COACH - INTEGRA OS SISTEMAS EM: SUBSISTEMA DE REGULAÇÃO DO CONJUNTO TURBINA/GERADOR SUBSISTEMA DE PROTEÇÕES SUBSISTEMA DE AUTOMAÇÃO DAS FUNCIONALIDADES - SAFE

23 SUBSISTEMA DE REGULAÇÃO DO CONJUNTO TURBINA/GERADOR REGULADOR DE VELOCIDADE - RAV REGULADOR DE TENSÃO - RAT SINCRONISMO Estes são responsáveis pela operação do conjunto turbina-gerador, de acordo com os critérios projetados, incluindo a sua sincronização às redes elétricas existentes. Isto é feito através da regulação da velocidade da turbina-gerador e pela excitação de campo do gerador de modo a fornecer uma tensão constante em sua saída e reagindo às alterações de demandas, cargas e transitórios de acordo com o esquema de conexão à rede consumidor mantendo as características de tensão e velocidade do conjunto turbina-gerador dentro dos valores adequados para cada fase ou estado do sistema e pela sincronização destes à rede elétrica. Este subsistema de controle leva em conta para as suas ações, os estados em que o CTG se encontra, tais como: repouso, partida, sincronização, condições de regime e procedimentos para situações contingenciais.

24 SUBSISTEMA DE REGULAÇÃO DO CONJUNTO TURBINA/GERADOR REGULADOR DE VELOCIDADE - RAV REGULADOR DE TENSÃO - RAT SINCRONISMO Estes são responsáveis pela operação do conjunto turbina-gerador, de acordo com os critérios projetados, incluindo a sua sincronização às redes elétricas existentes. Isto é feito através da regulação da velocidade da turbina-gerador e pela excitação de campo do gerador de modo a fornecer uma tensão constante em sua saída e reagindo às alterações de demandas, cargas e transitórios de acordo com o esquema de conexão à rede consumidor mantendo as características de tensão e velocidade do conjunto turbina-gerador dentro dos valores adequados para cada fase ou estado do sistema e pela sincronização destes à rede elétrica. Este subsistema de controle leva em conta para as suas ações, os estados em que o CTG se encontra, tais como: repouso, partida, sincronização, condições de regime e procedimentos para situações contingenciais.

25 SUBSISTEMA DE PROTEÇÃO PROTEÇÕES DISPONÍVEIS NO EQUIPAMENTO BCM PROTEÇÕES ADICIONAIS E EM REDUNDÂNCIA

26 SUBSISTEMA DE PROTEÇÃO Funções ANSI de proteção disponíveis no equipamento BCM. Nro ANSI Denominação 3 função de verificação ou interbloqueio 12 dispositivo de sobrevelocidade 13 dispositivo de rotação síncrona 14 dispositivo de subvelocidade 15 dispositivo de ajuste ou comparação de velocidade ou frequência 23 dispositivo de controle de temperatura 24 Relé de sobreexcitação ou Volts por Hertz 25 relé de verificação de Sincronismo ou Sincronização 27 relé de subtensão 32 relé direcional de potência 37 relé de subcorrente ou subpotência 38 dispositivo de proteção de mancal 40 relé de perda de excitação 46 relé de desbalanceamento de corrente de fase 48 relé de sequência incompleta/ partida longa 50 relé de sobrecorrente instantâneo 53 relé para excitatriz ou gerador CC 55 relé de fator de potência 56 relé de aplicação de campo 58 relé de falha de retificação 59 relé de sobretensão 60 relé de balanço de tensão/ queima de fusíveis 61 relé de balanço de corrente 63 relé de pressão de gás (Buchholz) 66 relé de supervisão do número de partidas 67 relé direcional de sobrecorrente 76 relé de sobrecorrente CC 77 transmissor de impulsos 78 relé de medição de ângulo de fase/ proteção contra falta de sincronismo 81 relé de sub/ sobrefrequência

27 Este subsistema é responsável pelos seqüenciamentos e intertravamentos operacionais de toda a usina e seus sistemas auxiliares, envolvendo todas as lógicas de partida, parada, sincronismo, regime, contingências e outras.normalmente este sistema engloba também a automação da subestação da usina e sua integração aos centros de controle. SUBSISTEMA DE AUTOMAÇÃO DE FUNCIONALIDADES (SAFE) Garantir um seqüenciamento adequado nas partidas e paradas Monitorar as condições da usina Garantir o funcionamento e disponibilidade das utilidades Manter centros de operação informados acerca das condições da usina Auxiliar nas situações de contingência Permitir uma interface adequada entre os processos e os operadores da usina Permitir a comunicação entre a usina e os centros de controle Automatizar a subestação da usina

28 PARA GERADORES DE ATÉ 2 MW - INTEGRADOS NUM EQUIPAMENTO SUPERVISÃO NÍVEL 3 PROTEÇÃO AUTOMAÇÃO REGULAÇÃO NIVEL 1 E 2 SENSORES E ATUADORES NIVEL 0

29 EXEMPLO DE PCH COM SISTEMA COACH GERADOR SISTEMA DE POTÊNCIA UACs SUPERVISOR LOCAL RELÉS REDUNDANTES

30 CONCLUSÕES A integração dos sistemas de controle e automação propiciou uma série de vantagens, listadas sucintamente abaixo: Menores custos gerais de equipamentos e instalações Diminuição dos custos de comissionamento e partida Integração das informações coletadas em campo Funcionamento mais confiável da usina Ampla gama de arquiteturas possíveis Redundâncias seletivas com menores custos Integração com centros de operação - COS Facilidade maior na manutenção Expansibilidade das funcionalidades facilitada Facilidade na compatibilização IEC Redução substancial nos tempos de implementação